Cytokiny rodiny IL1 u chronických zánětlivých procesů

Overview

Rodina IL1 představuje skupinu strukturálně příbuzných cytokinů s prozánětlivými (IL1α, IL1β, IL18, IL33, IL36α, IL36β a IL36γ) nebo protizánětlivými (IL1Ra, IL36Ra, IL38, IL37) účinky. Tyto cytokiny se účastní nejen obranných mechanizmů a fyziologické modulace homeostatických dějů, ale i imunopatogeneze řady onemocnění včetně revmatoidní artritidy, nespecifických střevních zánětů, autoimunitních či autoinflamatorních onemocnění. Současné pokroky v oblasti biologické léčby nám umožňují blokování IL1α, IL1β, IL18, a IL33 pomocí monoklonálních protilátek, solubilních receptorů nebo rekombinantních vazebných proteinů.

Klíčová slova:

cytokiny – interleukin – – zánět

Úvod

Veškeré imunitní reakce jsou velmi přísně regulovány prostřednictvím přímých mezibuněčných interakcí nebo solubilních faktorů, mezi kterými zaujímají klíčové místo cytokiny, nízkomolekulární proteiny se schopností specifické vazby na receptorové struktury na cílových buňkách. V patogenetických mechanizmech řady onemocnění se uplatní dysregulace cytokinové rovnováhy, která je zcela zásadní pro zachování homeostázy a k obraně proti vnějším či vnitřním nežádoucím podnětům. Proto jsou také cytokiny studovány jako důležité terapeutické cíle imunomodulačních zásahů [1]. I když v současnosti ještě neexistuje zcela jednotná nomenklatura cytokinů a člení se převážně podle jejich převažující funkce v obran­ných mechanizmech, s pokrokem molekulární charakterizace se čím dál častěji začínáme setkávat s členěním založeným na strukturální podobnosti a tyto skupiny cytokinů jsou pak nazývány rodinami. Pod označení rodina IL1 řadíme celkem 11 strukturálně podobných cytokinů, které se vyznačují se širokým spektrem lokálních i systémových účinků, kterými stimulují či inhibují reakce v rámci přirozené i adaptivní imunitní odpovědi (schéma 1). Některé cytokiny z rodiny IL1 vyžadují k dosažení aktivní formy enzymatické opracování, v případě IL1β a IL18 se jedná o kaspázu 1, u některých dalších se může jednat o účinek proteáz. Podle délky původní neopracované molekuly se člení zástupci rodiny IL1 do tří podrodin (schéma 2). Do podrodiny IL1 patří IL1α, IL1β a IL33, do podrodiny IL18 řadíme IL18 a IL37 a do podrodiny IL36 počítáme IL36α, IL36β. IL36γ a IL38 [2]. Na regulaci účinku těchto cytokinů se podílí také přítomnost jejich solubilních antagonistů v cirkulaci a exprese nefunkčních receptorů, které nepřenášejí signál. Není pochyb o tom, že právě cytokiny rodiny IL1 hrají klíčovou úlohu nejen v obranných mecha­nizmech, ale i imunopatogeneze řady chorob.

Podrodina IL1 a receptorový antagonista IL1 (IL1Ra)

IL1α a IL1β jsou charakteristické prozánětlivé cytokiny s řadou lokálních i systémových účinků, které jsou dány skutečností, že se jejich společný receptor [3] vyskytuje na povrchu většiny buněk lidského těla. I když jsou účinky obou těchto cytokinů víceméně totožné, liší se zásadně mechanizmem uvolnění z buňky. Zatímco IL1α se uvolňuje z cytoplazmy převážně během nekrotické smrti buňky a slouží jako tzv. alarmin signalizující nebezpečí, IL1β se vyskytuje v cytoplazmě ve formě inaktivního prekurzoru (proIL1) a získává svou biologickou aktivitu opracováním pomocí kaspázy 1 v inflamasomu. Nejdůležitější funkcí prozánětlivých cytokinů včetně IL1α a IL1β je regulace přísunu zánětlivých buněk do ložiska poškození pomocí indukce adhezivních molekul na povrchu endotelu a tvorby chemokinů, které svým gradientem vyznačují cestu, kam mají buňky migrovat. Ze systémových účinků je nutno zmínit zejména zvýšení tělesné teploty účinkem na přední jádra hypotalamu a indukci proteinů akutní fáze v játrech [4].

Účinek IL1α a IL1β může být kompetitivně tlumen pomocí IL1 receptorového antagonisty (IL1Ra), který má schopnost se též vázat na jejich receptor (schéma 3), ale neumožňuje následnou receptorovou signalizaci. IL1Ra se vyskytuje v cirkulaci v relativně vysokých koncentracích a zřejmě brání nadměrnému systémovému účinku při náhlé lokální nadprodukci IL1α a IL1β, jejichž hladiny jsou u zdravých osob velmi nízké.

Dalším cytokinem podrodiny IL1 je IL33, jehož tvorba je vázána zejména na slizniční kompartmenty, v nichž se podílí na indukci Th2 lymfocytů a jejich cytokinů IL4, IL5 a IL13, kterými aktivuje efektorové buňky alergického zánětu nebo obranu proti parazitárním infekcím [5]. V porovnání s IL1β je přímý prozánětlivý účinek IL33 relativně nízký [6].

Podrodina IL18 (IL18, IL37)

Interleukin 18 (IL18) je prozánětlivý cytokin, původně popsaný jako tzv. IFNγ-indukující faktor, který se podílí na polarizaci k tvorbě Th1 cytokinů, nicméně záhy se ukázalo, že jeho prozánětlivé účinky jsou mnohem komplexnější [7]. Obdobně jako IL1β vyžaduje i IL18 proteolytické opracování do aktivní formy pomocí kaspázy 1 nebo granzymu B. Výskyt receptorů pro IL18 není tak abundantní jako v případě IL1R, nicméně jej nalezneme na řadě imunitních buněk a lze jej pomocí prozánětlivé stimulace indukovat i na buňkách mimo rámec imunitního systému.

Účinek IL18 může být blokován tzv. IL18 vážícím proteinem (IL18BP/Binding Protein), který zabrání vazbě cytokinu k receptoru, bylo však také zjištěno, že tvorba IL18BP nádorovými buňkami může být jedním z mecha­nizmů, kterými se nádor snaží uniknout imunitnímu dohledu [8].

IL37 je strukturálně podobný IL18 a váže se na společnou α-podjednotku receptoru (schéma 4). Účinek IL37 je protizánětlivý, založený na signalizaci Smad 3a potlačení transkripčního faktoru NFκB [9], který reguluje tvorbu řady prozánětlivých cytokinů.

Podrodina IL36 (IL36α, IL36β, IL36γ, IL36Ra a IL38)

IL36 (α, β, γ) představuje v rámci této podrodiny prozánětlivé cytokiny vedoucí k aktivaci transkripčních faktorů NFκB a AP1 s fosforylací MAPK. K tvorbě IL36 dochází jak na sliznicích a buňkách parenchymu, tak i v imunitních buňkách, zejména makrofázích a T-lymfocytech [10]. Vlivem IL36 dochází v mononukleárních fagocytech k indukci prozánětlivých cytokinů (včetně IL1β) a změnám fenotypu.

Účinky IL36 jsou kompetitivně inhibovány pomocí IL36 receptorového antagonisty (IL36Ra), který je strukturálně podobný IL36γ [11], nicméně jeho vazba na receptor není spojena s aktivací buňky.

Také IL38 má schopnost inhibovat IL36 kompeticí o společný receptor, a navíc může i přímo inhibovat tvorbu některých cytokinů v makrofázích potlačením signalizace JNK/AP1 [12].

Cytokiny rodiny IL1 u chronických zánětlivých stavů

Revmatoidní artritida a systémová onemocnění pojiva

Již od 80. let minulého století je známo, že v kloubech pacientů s revmatoidní artritidou (RA) dochází k lokální nadprodukci IL1 a dokonce i periferní monocyty těchto nemocných mají zvýšenou kapacitu spontánně tvořit tento cytokin [13]. V patogenetických mechanizmech se může uplatnit také snížená kapacita synoviální tkáně produkovat IL1Ra [14]. Současně s IL1β lze u pacientů s RA zjistit lokální indukci IL18 [15] a IL33 [16]. Také IL36α byl prokázán ve zvýšené míře jak v synovii, tak i v séru pacientů s RA, současně však zřejmě dochází i ke kompenzatorní elevaci IL36 inhibujících cytokinů IL36Ra a IL38 [17]. Dalším protizánětlivým cytokinem indukovaným u pacientů s RA je IL37 [18]. Systémový lupus erythematodes (SLE) je spojen se zvýšenými sérovými hladinami IL1β, které však nedosahují koncentrací naměřených u jiných chronických zánětlivých onemocnění, např. revmatoidní artritidy. U pacientů se SLE jsou současně zvýšeny sérové hladiny IL18 i IL18BP [19], dochází i k zvýšené produkci protizánětlivých cytokinů IL37 [20] a IL38. Také u Sjögrenova syndromu byla v séru zjištěna elevace IL18, IL18BP a IL37 [21]. IL36α byl ve zvýšené hladině prokázán v séru a slinách těchto pacientů, lokálně dochází i ke kompenzační indukci IL38 [22].

Autoinflamatorní onemocnění

Autoinflamatorní onemocnění jsou stavy nadměrné zánětlivé odpovědi provázené zpravidla horečkami s vý­sevem exantému, často s únavou a artralgiemi či myalgiemi. Řada těchto chorob, které se manifestují převážně již v dětském věku, je podmíněna dysregulací některé ze signalizačních drah souvisejících s tvorbou cytokinů rodiny IL1 [23]. Nejznámějším zástupcem těchto onemocnění je familiární středozemní horečka (Familial Mediterranean Fever – FMF), u které mutace genu pro kryopyrin (NLRP3) vede k nadměrné aktivitě kaspázy 1 a nadprodukci IL1β, dalšími chorobami jsou Muckleův-Wellsův syndrom nebo multisystémové zánětlivé onemocnění novorozeneckého věku (Neonatal Onset Multisystem Inflammatory Disease – NOMID). Kromě nadměrné tvorby IL1β může vést k autoinflamatornímu onemocnění s výraznou kožní manifestací a febriliemi také defekt tvorby IL1Ra (DIRA) [24]. V případě syndromu aktivovaných makrofágů (MAS) má zřejmě klíčovou úlohu nadprodukce IL18 [25]. K autoinflamatornímu onemocnění vede také mutace genu kódujícího IL36Ra, DITRA (Deficiency of Inter­leukin Thirty-six-Receptor Antagonist) [26].

Nespecifické střevní záněty

IL1β se významně uplatní i v patogeneze nespecifických střevních zánětů (IBD), ať již se jedná o přímý prozánětlivý účinek nebo podíl na diferenciaci Th17 lymfocytů [27]. U Crohnovy choroby je tento cytokin tvořen mononukleárními buňkami v lamina propria současně s TNFα, k nadprodukci IL1β však dochází i při aktivní ulce­rózní kolitidě [28], při které vykazuje zřejmě i přímý účinek na střevní motilitu. Lokální nadprodukce IL1 je kompenzována zvýšenými sérovými hladinami IL1Ra [29]. Pacienti s IBD mají vyšší hladiny IL18 i IL18BP oproti zdravým osobám, nicméně elevace IL18BP není zřejmě dostatečná k inhibici IL18, zejména u pacientů s Croh­novou chorobou [30]. Zvýšená exprese IL33 ve střevní sliznici pacientů s IBD [31] souvisí spíše s jeho funkcí hlásit poškození tkáně při zánětu než jako vyvolávající činitel [32]. Ve sliznici pacientů s IBD, zejména u ulcerózní kolitidy, je také možno ve střevní sliznici prokázat také mRNA pro IL36α a IL36γ, ale ne IL36β [33]. Ve zvýšené míře je u IBD tvořen také IL37, jeho hlavním zdrojem jsou cirkulující B-lymfocyty, NK-buňky a monocyty [34].

Terapeutické ovlivnění cytokinů rodiny IL1

Prozánětlivé cytokiny včetně některých zástupců rodiny IL1 se v poslední době stávají i atraktivním cílem řízeného terapeutického zásahu pomocí tzv. biologické léčby (tab) [35]. K současnému blokování IL1α i IL1β se zatím nejčastěji používá rekombinantní IL1Ra, anakinra. Tato léčba je dobře tolerována a prokázala svou účinnost u revmatoidní artritidy, autoinflamatorních chorob, dny nebo těžkých kolitid, u chronické granulomatózní choroby [36]. Protizánětlivý efekt anakinry s poklesem CRP byl popsán u pacientů s dekompenzovaným srdečním selháním [37] a lepší přežití bylo zjištěno u septických pacientů se syndromem aktivovaných makrofágů [38]. S ohledem na krátký poločas anakinry v cirkulaci vyžadující každodenní subkutánní aplikaci se naděje vkládají do monoklonálních protilátek anti-IL1.

Kanakinumab je lidská monoklonální protilátka blokující výhradně IL1β (ne IL1α) [39]. Tato protilátka vykázala bezpečnost i účinnost u revmatických nemocnění [40] i dalších indikací vyžadujících blokování IL1.

Humanizovaná monoklonální protilátka, gevokizumab má založený účinek na ovlivnění elektrostatického potenciálu, který je nezbytný pro vazbu IL1β k receptoru (IL1R1) [41].

Rilonacept je fúzní protein obsahující vazebné receptorové domény IL1R1 a IL1R3 navázané na Fc část lidského IgG1, zajišťující oddálenou eliminaci z cirkulace [42]. V klinických studiích je dále lidská monoklonální protilátka MEDI 8968 proti IL1R1 (ClinicalTrials.gov) a dvoudoménová monoklonální protilátka ABT-981, která váže současně IL1α i IL1β [43].

U pacientů s pokročilým nemalobuněčným karcinomem plic je testována monoklonální protilátka proti IL1α, CA-18C3 (Xilonix^TM) [44].

K potlačení účinků IL18 jsou testovány dvě monoklonální protilátky, GSK1070806 [45] a ABT-325 [46] a rovněž rekombinantní IL18BP, tadekinig alfa [47]. Klinické studie probíhají také s monoklonální protilátkou CNTO-7160 proti IL33R (IL1R4, ST2), zatím bez publikovaných dat (ClinicalTrials.gov).

Závěr

S ohledem na terapeutický potenciál u chronických zánětlivých onemocnění, jsou cytokiny rodiny IL1 stále ještě ve stínu TNFα a IL6, nicméně jejich příznivý bezpečnostní profil a zejména účinnost u některých vymezených diagnóz, např. autoinflamatorních stavů, z nich dělá nové atraktivní cíle, jejichž blokování by mělo být nadále v klinické praxi testováno.

prof. MUDr. Ilja Stříž, CSc.

ilja.striz@ikem.cz

Pracoviště klinické a transplantační imunologie IKEM, Praha

www.ikem.cz

Doručeno do redakce 30. 8. 2018

Přijato po recenzi 26. 11. 2018